BR112019002177B1 - Espuma de poliuretano e processo para formar uma espuma de poliuretano - Google Patents

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Abstract

“ESPUMA DE POLIURETANO E PROCESSO PARA FORMAR UMA ESPUMA DE POLIURETANO” É divulgada uma composição e processo para fazer uma espuma de poliuretano insuflada com água, tendo um bom equilíbrio de fluxo e estabilidade. As referidas espumas são particularmente adequadas para aplicações em veículos motorizados de paredes finas, tais como painéis de instrumentos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere a uma composição e processo para fazer espuma de poliuretano útil para aplicações de parede fina. As referidas espumas são particularmente adequadas para aplicações em veículos motorizados que exigem um bom fluxo e estabilidade, tais como painéis de instrumentos.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Fabricantes de equipamentos originais (OEMs) automotivos há muito tempo usam espuma de poliuretano moldada como um meio de proporcionar uma sensação suave e luxuosa aos painéis de instrumentos. No entanto, esta abordagem bem conhecida não está isenta da tendência da indústria automóvel em relação à ponderação da luz.
[003] Existe uma necessidade de proporcionar um sistema de espuma de poliuretano que tenha um bom equilíbrio de características de fluxo e forneça uma estrutura de célula estável/uniforme a uma densidade padrão de cerca de 8 pcf ou menos para utilização na produção de painéis de instrumentos com espessuras de espuma de 3mm a 8mm.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] A presente invenção é uma espuma de poliuretano com boa combinação de características de fluxo e estabilidade e processo para fabricar a referida espuma de poliuretano.
[005] Numa modalidade, a composição de espuma de poliuretano da presente invenção compreende o produto da reação de: (a) um lado A compreendendo (i) uma mistura polimérica de MDI e (b) um lado B compreendendo: (i) 0 a menos que 10% em peso de um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2, (ii) 35 a 80% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 3, (iii) 0 a 45% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade maior que 3, (iv) 5 a 15% em peso de um copolímero poliol, (v) 01 a 0,4% em peso de um catalisador de sopro, (vi) 0,5 a 1% em peso de catalisador de gelificação, (vii) 1 a 4% em peso de um abridor de células, e (viii) 1 a 4% em peso de água, em que as porcentagens em peso do lado B são baseadas no peso total do lado B.
[006] Outra modalidade da presente invenção é um processo para fazer a composição de espuma de poliuretano descrita aqui acima, compreendendo as etapas de: a) formar uma mistura reativa, misturando o referido lado A e o referido lado B a ou abaixo de 40,56°C (105°F) e numa proporção (lado A):(Lado B), de 1:1 a 5:1 em volume; e B) submeter a mistura reativa resultante a condições suficientes para curar a mistura reativa para formar uma espuma de poliuretano. SUMÁRIO DETALHADO DA INVENÇÃO
[007] A composição de acordo com a presente invenção compreende (a) um lado A compreendendo, consistindo essencialmente em, ou consistindo em (i) um isocianato orgânico, preferivelmente MDI com (b) um lado B compreendendo, consistindo essencialmente em, ou consistindo em uma mistura de poliol compreendendo, consistindo essencialmente em, ou consistindo em (i) 0 a menos de 10% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 2, (ii) 35 a 80% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 3 (iii) 20 a 45% em peso de um poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3, (iv) 5 a 15% em peso de um copolímero poliol, (v) 01 a 0,4% em peso de um catalisador de sopro, (vi) 0,5 a 1 % em peso de um catalisador de gelificação, (vii) 1 a 4% em peso de um abridor de células, e (viii) 1 a 4% em peso de água, em que as porcentagens em peso do lado B são baseadas no peso total do lado B. O lado A é misturado, de preferência a 40,56°C (105°F) ou menos, com o lado B para formar (c) uma mistura reativa. A mistura reativa resultante é submetida a condições suficientes para curar a mistura reativa para formar uma espuma de poliuretano.
[008] Numa modalidade da presente invenção, a espuma de poliuretano é uma espuma de poliuretano semirrígida. A espuma semirrígida de poliuretano da presente invenção é uma espuma substancialmente rígida que geralmente tem uma estrutura celular substancialmente fechada que essencialmente não se deforma elasticamente (isto é, qualquer deformação da espuma tende a ser permanente). Estes materiais não têm em geral a capacidade de resistir a deformações permanentes após compressões repetidas superiores a 50%. Tal resistência à deformação permanente do conjunto de deformação não tem sido uma característica dos materiais de espuma de poliuretano, mas para a maioria dos propósitos, onde o material não é submetido à compressão repetida, isso não representa nenhum problema. Espumas semirrígidas têm um caráter mais rígido e não se recuperam 100% após a deformação. Normalmente, esses sistemas de espuma têm uma alta capacidade para a área de aplicação de absorção de energia, incluindo impacto lateral, impacto na cabeça e amortecedores. Os níveis de poliol reticulado e copolímero são geralmente aumentados para maximizar a dureza da espuma e as características de dissipação de energia.
[009] Isocianatos orgânicos adequados (a)(i) para uso na composição e processo da presente invenção incluem qualquer um dos conhecidos na técnica para a preparação de espumas de poliuretano, como isocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos e, preferivelmente aromáticos, tais como di-isocianato de tolueno sob a forma dos seus 2,4 e 2,6-isômeros e misturas (TDI) dos mesmos e di-isocianato de difenilmetano sob a forma dos seus isômeros e misturas de 2,4'-, 2,2'- e 4,4' dos mesmos, as misturas de di-isocianatos de difenilmetano (MDI) e seus oligômeros com uma funcionalidade de isocianato maior que 2 conhecida na técnica como MDI polimérico poli-isocianatos de polifenileno polimetileno) ou "bruto", as variantes conhecidas de MDI compreendendo uretano, alofanato, ureia, biureto , carbodiimida, uretonimina e/ou isocianurato.
[0010] De um modo preferido, o valor de NCO para o MDI é igual ou maior que 10 por cento, de preferência igual a ou maior que 15 por cento e, de um modo mais preferido, igual a ou maior que 18 por cento. De preferência, o valor de NCO para o MDI é igual ou menor que 33 por cento, de preferência igual a ou menor que 32 por cento.
[0011] Preferencialmente, o MDI monomérico, MDI bruto, MDI polimérico, combinações dos mesmos, e/ou variantes líquidas destes são obtidos por introdução de grupos uretonimina e/ou carbodiimida nos referidos poli-isocianatos, tal carbodiimida e/ou poli-isocianato modificado com uretonimina tendo um valor NCO de 18 a 33 por cento e inclui 1 a 45 por cento em peso de di-isocianato de 2,4'-difenilmetano na forma de um monômero e/ou um produto de carbodi- imidização. Para uma boa descrição de tais carbodiimida e/ou poli-isocianatos modificados com uretonimina ver USP 6.765.034, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.
[0012] Na presente invenção, o componente de isocianato orgânico pode incluir um ou mais poli-isocianato orgânico, além de e/ou no lugar de MDI monomérico, conforme necessário, desde que outros compostos de poli-isocianato não tenham influências adversas sobre o desempenho nas propriedades de amortecimento de som desejadas da espuma semirrígida de poliuretano. Exemplos típicos de tais outros compostos de poli-isocianato incluem pré-polímeros de terminal de isocianato que são formados por uma reação entre pelo menos um dos compostos de MDI monomérico acima indicado, e compostos de hidrogênio ativos adequados. Para melhorar a formabilidade e outras características da espuma obtida, os outros compostos de poli-isocianato podem ser selecionados entre isocianatos orgânicos, tais como di-isocianato de tolileno (TDI), di-isocianato de isofolona (IPDI) e di-isocianatos de xileno (XDI) e modificações dos mesmos. Estes isocianatos podem ser utilizados em combinações de dois ou mais tipos. De um modo muito preferido, utilizam-se poli-isocianatos que possuem uma funcionalidade média de isocianato de 2,1 a 3,0 e, de um modo preferido, de 2,2 a 2,8.
[0013] O MDI (a) (i) está presente no lado A numa quantidade igual ou maior que 55 por cento em peso, de preferência igual ou maior que a 60 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 65 por cento em peso, com base em o peso total do lado A. O MDI está presente no lado A numa quantidade igual ou menor que 100 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 95 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 85 por cento em peso, com base no peso total do lado A.
[0014] O lado A pode ainda compreender pelo menos um plastificante. Plastificantes adequados são vários compostos de éster carboxílico tais como ftalato de bis(2-etil-hexil), ftalato de di-isononil, ftalato de bis(n-butil), ftalato de butil benzil, ftalato de di-isodecil, ftalato de dietil, ftalato de di-isobutil, ftalato de di- n-hexil, trimelitato de trimetil, trimelitato de tri-(2-etil-hexil), trimelitato tri-(n-octil, n- decil) , trimelitato de tri-(heptil, nonil), trimelitato de n-octil, bis(2-etil-hexil)adipato, adipato de dimetil, adipato de monometil, adipato de dioctil, sebacato de dibutil, maleato de dibutil, maleato de di-isobutil, vários ésteres de benzoato, vários óleos vegetais e óleos vegetais modificados (tais como óleos vegetais epoxidados, várias sulfonamidas, tais como n-etil tolueno sulfonamida, n-(2-hidroxipropil) benzenossulfonamida, N-(n-butil)benzeno sulfonamida (DOA) e semelhantes, vários ésteres de fosfato, tais como fosfato de tricresil e fosfato de tributil, ésteres de glicol, tais como di-hexanoato de trietileno glicol e di-heptanoato de tetraetileno glicol e semelhantes, polímeros de polibuteno, vários monoglicerídeos acetilados, citratos de alquil, tais como citrato de trietil, citrato de acetil trietil,citrato de tributil, citrato de trioctil, citrato de acetilo trioctil, citrato de acetilo tri-hexil, citrato de butiril e tri-hexil e semelhantes; éster fenílico de ácido sulfônico de alquil, diésteres de dicarboxilato de 1,2-ciclo-hexano, tal como éster de di-isononil de 1,2-ciclo- hexano, e semelhantes.
[0015] Se presente, o plastificante está presente no lado A numa quantidade igual ou maior que 10 por cento em peso, de preferência igual ou maior que a 12 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 15 por cento em peso, com base em o peso total do lado A. O plastificante está presente no lado A numa quantidade igual ou menor que 35 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 30 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 25 por cento em peso, com base no peso total do lado A.
[0016] O lado A pode ainda compreender pelo menos um tensoativo. Um surfactante é preferivelmente incluído na formulação de espuma para ajudar a estabilizar a espuma à medida que ela se expande e cura. Exemplos de tensoativos incluem tensoativos não iônicos e agentes umectantes, tais como os preparados pela adição sequencial de óxido de propileno e depois óxido de etileno a propileno glicol, organossilicones sólidos ou líquidos e éteres de polietilenoglicol de álcoois de cadeia longa. Podem também ser utilizados tensoativos iônicos, tais como sais de amina terciária ou alcanolamina de ésteres de alquil ácido sulfato de cadeia longa, ésteres alquilssulfônicos e ácidos alquil arilssulfônicos. Os tensoativos preparados pela adição sequencial de óxido de propileno e depois óxido de etileno a propileno glicol são preferidos, tal como os organossiliconessólidos ou líquidos. Exemplos de tensoativos de organossilicone úteis incluem copolímeros de polissiloxano/poliéter disponíveis comercialmente, tais como TEGOSTABTM B-8729, B-8404, B-8870, e B-8719LF disponível na Goldschmidt Chemical Corp., DABCOTM DC -198 disponível na Air Products, e tensoativo NIAX™ L2171 da Momentive Performance Materials. Os organossilicones líquidos não hidrolisáveis são mais preferidos. Se presente, o tensoativo está tipicamente presente numa quantidade igual ou maior que 0,1 por cento em peso, de preferência igual ou maior que a 0,2 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 0,5 por cento em peso, com base em o peso total do lado A. O tensoativo está tipicamente presente numa quantidade igual ou menor que 2 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 1,5 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 1 por cento em peso, com base no peso total do lado A.
[0017] O lado B compreende uma mistura de poliol compreendendo (b) (i) opcionalmente um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2, (b) (ii) um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 3, (b) (iii) opcionalmente um poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3 e (b) (iv) um copolímero poliol. Os polióis modificados, frequentemente referidos como "polióis copoliméricos" foram completamente descritos na técnica anterior e incluem produtos obtidos pela polimerização in situ de um ou mais monômeros de vinil, por exemplo, estireno e acrilonitrila, em polióis poliméricos, por exemplo, poliéter polióis, ou pela reação in situ entre um poli-isocianato e um composto com funcionalidade amino ou hidroxi, tal como trietanolamina, num poliol polimérico.
[0018] Os polióis poliméricos modificados que são particularmente interessantes de acordo com a invenção são produtos obtidos por polimerização in situ de estireno e/ou acrilonitrila em polioxietileno polioxipropileno polióis e produtos obtidos por reação in situ entre um poli-isocianato e um composto com função amino ou hidroxi (tal como trietanolamina) num polioxietileno polioxipropileno poliol.
[0019] Os polioxialquileno polióis contendo de 5 a 50 por cento de polímero disperso são particularmente úteis. Os tamanhos de partícula do polímero disperso com menos de 50 mícrons são preferidos. Também se podem utilizar misturas desses componentes reativos a isocianato. Mais preferencialmente são utilizados polióis que não compreendem átomos de nitrogênio primário, secundário ou terciário.
[0020] O copolímero poliol está tipicamente no lado B presente numa quantidade igual ou maior que 1 por cento em peso, de preferência igual ou maior que a 2,5 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 5 por cento em peso, com base em o peso total do lado B. O copolímero poliol está tipicamente no lado B presente numa quantidade igual ou menor que 15 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 10 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 30 por cento em peso, com base no peso total do lado B.
[0021] A mistura de poliol compreende poliéter poliol (b) (i) opcionalmente um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2, (b) (ii) um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 3, e opcionalmente (b) (iii) um poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3. Poliéter polióis adequados foram completamente descritos na técnica anterior e incluem produtos de reação de óxidos de alquileno, por exemplo, óxido de etileno e/ou óxido de propileno, com iniciadores tendo uma funcionalidade de 2 a 8, preferivelmente 3 a 8, e um número de hidroxil médio preferivelmente de cerca de 100 a 850, mais preferivelmente de cerca de 200 a 750 e, mais preferencialmente, de 200 a 650. É de particular importância para a preparação das espumas de poliuretano da presente invenção que possuam um ou mais poliéter-poliol com uma funcionalidade de 2, um ou mais poliéter poliol tendo a funcionalidade de 3 e um ou mais poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3 e igual a e menor que 8. Os poliol ou polióis podem ter uma viscosidade a 25oC de pelo menos cerca de 500 cP, medida de acordo com ASTM D455. Em algumas modalidades, uma viscosidade mais alta, de pelo menos cerca de 2.000 cP, pode ser preferível. De preferência, os poliol ou polióis têm um peso molecular médio de 100 a 10.000, mais preferivelmente de 200 a 5.000.
[0022] Iniciadores adequados para a presente invenção incluem: polióis, por exemplo, etileno glicol, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, butano diol, glicerol, trimetilol propano, trietanolamina, pentaeritritol, sorbitol e sacarose; poliaminas, por exemplo, etileno diamina, tolileno diamina, diaminodifenilmetano e polimetileno polifenileno poliaminas; e aminoálcoois, por exemplo etanolamina e dietanolamina; e misturas de tais iniciadores. Outros polióis adequados incluem poliésteres obtidos pela condensação de proporções apropriadas de glicóis e polióis de funcionalidade superior com ácidos policarboxílicos. Ainda outros polióis adequados incluem politioéteres, poliamidas, poliesteramidas, policarbonatos, poliacetais, poliolefinas e polissiloxanos terminados em hidroxil. Ainda outros componentes reativos a isocianato adequados incluem etileno glicol, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, butano diol, glicerol, trimetilolpropano, etileno diamina, etanolamina, dietanolamina, trietanolamina e os outros iniciadores mencionados anteriormente. Também se podem utilizar misturas desses componentes reativos a isocianato. Mais preferencialmente são utilizados polióis que não compreendem átomos de nitrogênio primário, secundário ou terciário.
[0023] De particular importância para a preparação das espumas de poliuretano da presente invenção são os poliéter polióis e misturas de polióis com um número hidroxil de igual ou maior que 50, preferencialmente igual a ou maior que 80, mais preferencialmente igual ou maior que 100. Número de hidroxil indica o número de grupos hidroxil reativos disponíveis para reação. É expresso como um número de miligramas de hidróxido de potássio equivalente ao teor de hidroxil de um grama de poliol. De particular importância para a preparação das espumas de poliuretano da presente invenção são polióis e misturas de polióis que possuam um número de hidroxil igual ou menor que 1.200, preferivelmente igual ou menor que 1000, mais preferencialmente igual ou menor que 800.
[0024] De particular importância para a preparação das espumas de poliuretano são produtos de reação de óxidos de alquileno, por exemplo, óxido de etileno e/ou óxido de propileno, com iniciadores contendo de 2 a 8, de preferência 3 a 8 átomos de hidrogênio ativos por molécula. Iniciadores adequados incluem: polióis, por exemplo, etileno glicol, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, butano diol, glicerol, trimetilol propano, trietanolamina, pentaeritritol e sorbitol; poliaminas, por exemplo, etileno diamina, tolileno diamina, diaminodifenilmetano e polimetileno polifenileno poliaminas; e aminoálcoois, por exemplo, etanolamina e dietanolamina; e misturas de tais iniciadores. Outros polióis adequados incluem poliésteres obtidos pela condensação de proporções apropriadas de glicóis e polióis de funcionalidade superior com ácidos policarboxílicos. Ainda outros polióis adequados incluem politioéter, poliamidas, poliesteramidas, policarbonatos, poliacetais, poliolefinas e polissiloxanos terminados em hidroxil. Os polióis preferidos são os poliéter-polióis compreendendo unidades de óxido de etileno e/ou óxido de propileno e mais preferencialmente polioxietileno polioxipropileno polióis com um teor em oxietileno de pelo menos 10 por cento e preferivelmente 10 a 85 por cento em peso. Um componente reativo com isocianato preferido compreende um poliéter poliol capeado de óxido de etileno.
[0025] Se presente, o poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2 (b) (i) está presente no lado B numa quantidade igual ou maior que 0 por cento em peso, de preferência igual ou maior que 0,5 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 1 por cento em peso com base no peso total do lado B. Se presente, o poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2 está presente no lado B numa quantidade igual ou menor que 10 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 7,5 por cento em peso, e mais preferivelmente igual ou menor que 5 por cento em peso com base no peso total do lado B.
[0026] O poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 3 (b) (ii) está presente no lado B numa quantidade igual ou maior que 35 por cento em peso, de preferência igual ou maior que 45 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 50 por cento em peso com base no peso total do lado B. O composto de poliol autocatalítico (b) (ii) está presente no lado B numa quantidade igual ou menor que 80 por cento em peso, preferivelmente igual ou menor que 78 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 75 por cento em peso com base no peso total do lado B.
[0027] Se presente, o poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3 (b) (iii) está presente no lado B numa quantidade igual ou maior que 0 por cento em peso, de preferência igual ou maior que 0,5 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 1 por cento em peso com base no peso total do lado B. Se o poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3 (b) (iii) está presente no lado B numa quantidade igual ou menor que 45 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 43 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 40 por cento em peso com base no peso total do lado B.
[0028] Geralmente, os sistemas de catalisador de espuma de poliuretano compreendem compostos que aceleram as reações de sopro (água-isocianato) e de gelificação (poliol-isocianato). É benéfico equilibrar essas reações para produzir espumas de qualidade com propriedades aceitáveis. As composições e formulações da presente invenção podem compreender um único composto que acelera, mas mantém o equilíbrio, tanto as reações de sopro como de gelificação. Alternativamente, as composições podem compreender pelo menos um catalisador que acelera predominantemente a reação de sopro (um catalisador de sopro), ou pelo menos um catalisador que acelera predominantemente a reação de gelificação (um catalisador de gelificação) ou uma combinação dos mesmos. Conforme aqui descrito, um catalisador de sopro é um catalisador que acelera predominantemente a reação de sopro, mas também pode, em certas circunstâncias, acelerar a reação de gelificação, embora em menor grau. Do mesmo modo, um catalisador de gelificação é um catalisador que acelera predominantemente a reação de gelificação, mas também pode, em certas circunstâncias, acelerar a reação de sopro, ainda que em menor grau.
[0029] O lado B compreende pelo menos um catalisador de sopro (b) (v). Exemplos de catalisadores de sopro contendo grupos reativos a isocianato incluem 2-[N-(dimetilaminoetoxietil)-N-metilamino]etanol (DABCO NE200), dimetilaminoetoxietanol e éter de N,N,N'-trimetil-N'-3-aminopropil-bis (aminoetil) (DABCO NE300). O catalisador pode também compreender aminas terciárias que são altamente voláteis e não reativas a isocianato. Catalisadores de sopro voláteis adequados incluem, por exemplo, éter bis-dimetilaminoetílico, comercialmente fornecido como catalisador DABCO BL-11 por Air Products and Chemicals, Inc.; bem como pentametildietilenotriamina (POLYCATTM 5, Air Products and Chemicals, Inc.)e composições relacionadas; poliaminas permetiladas superiores; 2-[N-(dimetilaminoetoxietil)-N-metilamino]etanol e estruturas relacionadas; poliaminas alcoxiladas; composições de imidazol-boro; ou composições de amino propil-bis(amino-etil)éter. Um catalisador de insuflação preferido é 2-[[2-[2-(dimetilamino)etoxi]etil]metilamino]-etanol (JEFFCATTM ZF 10 da Huntsman Chemical Company). As composições catalíticas podem também incluir outros componentes, por exemplo, catalisadores de metais de transição, tais como compostos de organoestanho, sais de estanho, organobismuto e sais de bismuto.
[0030] Os catalisadores de sopro são tipicamente utilizados numa quantidade igual ou maior que 0,1 por cento em peso, de preferência igual a ou maior que 0,2 por cento em peso com base no peso total do lado B. Catalisadores de sopro são tipicamente usados numa quantidade igual ou menor que 2 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 1 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 0,5 por cento em peso, com base no peso total do lado B.
[0031] O lado B compreende pelo menos um catalisador de gelificação (b) (vi). Catalisadores de gelificação exemplificativos incluem N,N-bis(3-dimetilamino- propil) N-isopropanolamina; N,N-dimetilaminoetil-N'-metil etanolamina (DABCO T, Air Products and Chemicals, Inc. de Allentown, Pa.); N,N,N'-trimetilaminopropil etanolamina (POLYCAT 17, por Air Products and Chemicals, Inc.), N,N- dimetiletanolamina (DABCO DMEA); N, N-dimetil-N', N'-2-hidroxi(propil)-1, 3- propilenodiamina; dimetilaminopropilamina (DMAPA); (N,N- dimetilaminoetoxi)etanol, metil-hidroxi-etil-piperazina, bis(N,N-dimetil-3- aminopropil)amina (POLYCAT 15), N,N-dimetilaminopropil ureia (DABCO NE1060, DABCO NE1070), N,N'-bis(3-dimetilaminopropil)ureia (DABCO NE1060, DABCO NE1070), bis(dimetilamino)-2-propanol, N-(3-aminopropil)imidazol, N-(2- hidroxipropil)imidazol e N-(2-hidroxietil)imidazol. Catalisadores de gelificação voláteis adequados podem incluir, por exemplo, diazabiciclo-octano (trietilenodiamina), fornecidos comercialmente como catalisador DABCO 33-LV, tris(dimetilalopropil)amina (POLYCAT 9), dimetilaminociclo-hexilamina (POLYCAT 8) e bis(dimetilaminopropil)-N-metilamina (POLICATO 77).
[0032] Os catalisadores de gelificação são tipicamente utilizados numa quantidade igual ou maior que 0,1 por cento em peso, de preferência igual a ou maior que 0,5 por cento em peso com base no peso total do lado B. Catalisadores de sopro são tipicamente usados numa quantidade igual ou menor que 5 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 2 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 1 por cento em peso, com base no peso total do lado B.
[0033] O lado B compreende pelo menos um abridor de células (b) (vii). Abridores de células exemplificativos compreendem qualquer molécula adequada contendo grupos metileno ou metina ativos, tais como pelo menos um membro selecionado do grupo que consiste em 2-cianoacetamida, N-metil cianoacetamida, N- etilcianoacetamida, N-propilcianoacetamida, N-butilcianoacetamida, ou N- hidroxietil-cianoacetamida.
[0034] Os abridores de células são tipicamente utilizados numa quantidade igual ou maior que 0,1 por cento em peso, de preferência igual ou maior que 0,5 por cento em peso, de preferência igual a ou maior que 1 por cento em peso com base no peso total do lado B. Os abridores de célula são tipicamente usados numa quantidade igual ou menor que 10 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 4 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 4 por cento em peso, com base no peso total do lado B.
[0035] O lado B compreende ainda água (b) (viii) como agente de sopro, preferivelmente numa quantidade de 1 a 15 por cento em peso, de preferência 1 a 5 por cento em peso com base no peso do lado B.
[0036] Opcionalmente, o lado B compreende um reticulante, que é preferencialmente utilizado, numa quantidade de 0,1 por cento em peso até 3 por cento em peso com base no peso total do lado B. O reticulante contém pelo menos três grupos reativos de isocianato por molécula e tem um peso equivalente, por grupo reativo a isocianato, de 30 a 125 e preferencialmente de 30 a 75. Aminoálcoois, tais como monoetanolamina, dietanolamina e trietanolamina são os tipos preferidos, embora compostos como glicerina, trimetilolpropano e pentaeritritol também possam ser usados.
[0037] O lado B compreende opcionalmente um tensoativo. Se presente, o tensoativo está presente numa quantidade igual ou maior que 0,1 por cento em peso, de preferência igual ou maior que a 0,2 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou maior que 0,5 por cento em peso, com base em o peso total do lado B. Se presente, o tensoativo está presente numa quantidade igual ou menor que 2 por cento em peso, de preferência igual ou menor que 1,5 por cento em peso, e mais preferencialmente igual a ou menor que 1 por cento em peso, com base no peso total do lado B.
[0038] O lado A e/ou o lado B podem ter um ou mais tipos adicionais de outros materiais, como pode ser útil no processo de fabricação particular que é utilizado ou para conferir características desejadas à espuma resultante. Estes incluem, por exemplo, catalisadores, agentes de sopro, abridores de célula, tensoativos, reticulantes, extensores de cadeia, enchimentos, corantes, retardantes de fogo, pigmentos, agentes antiestáticos, fibras de reforço, antioxidantes, conservantes, eliminadores de ácido e semelhantes. A formulação de espuma de poliuretano pode conter um ou mais outros catalisadores. De particular interesse entre estes são carboxilatos de estanho e compostos de estanho tetravalentes. Exemplos destes incluem octoato de estanho, diacetato de dibutil estanho, dilaurato de dibutil estanho, dimercaptido de dibutil estanho, ácidos dialquilcarcapto de dialquil estanho, óxido de dibutil estanho, dimercaptido de dimetil estanho, di- isoctilmercaptoacetato de dimetil estanho e semelhantes.
[0039] Estes catalisadores são tipicamente usados em pequenas quantidades. Por exemplo, a quantidade total de catalisador utilizada pode ser de 0,0015 a 5% em peso, preferivelmente de 0,01 a 1% em peso com base no peso total do lado B. Os catalisadores organometálicos são tipicamente usados em quantidades no limite inferior dessas faixas.
[0040] Para fabricar a espuma de poliuretano da presente invenção, uma formulação reativa é preparada, compreendendo a referida formulação reativa: um lado A compreendendo (a) (i) um isocianato orgânico, de preferência MDI; e opcionalmente um ou mais aditivos selecionados de um plastificante, um tensoativo, um catalisador, um abridor de células, um reticulante, um extensor de cadeia, um retardante de chama, um enchimento, um corante, um pigmento, um agente antiestático, fibras de reforço, um antioxidante, um conservante e/ou um eliminador de ácido. O lado B, compreende uma mistura de polióis compreendendo (b) (i) um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 2, (b) (ii) um poliéter poliol com uma funcionalidade igual a 3, opcionalmente (b) (iii) um poliéter poliol com uma funcionalidade maior que 3, (b) (iv) um copolímero poliol, (b) (v) um catalisador de sopro, (b) (vi) um catalisador de gelificação, (b) (vii) um abridor de células, (b) (viii) água e, opcionalmente, um ou mais componentes adicionais selecionados de um reticulante, um extensor de cadeia, um retardante de chama, um enchimento, um corante, um pigmento, um agente antiestático, fibras de reforço, um antioxidante, um conservante e/ou um eliminador de ácido. De preferência, o lado A e o lado B são misturados a 40,56°C (105°F) ou menos, de preferência à temperatura ambiente (21,11°C (70°F) a 40,56°C (105°F)) na razão desejada, formando a formulação reativa que, quando misturada, permite a formação de espuma reação a ocorrer. De um modo preferido, a razão do lado A:lado B é de 1:1 a 5:1, de um modo mais preferido, 2:1 em volume. A pré- mistura de poliol (lado B) e o componente de poli-isocianato orgânico (lado A) são misturados em conjunto por qualquer equipamento de espuma de uretano conhecido. A formulação reativa resultante é submetida a condições suficientes para curar a formulação reativa para formar uma espuma de poliuretano.
[0041] O método de espumas de poliuretano produzidas de acordo com a presente invenção pode ser utilizado em qualquer aplicação adequada, tal como as conhecidas na técnica, incluindo aplicações envolvendo, por exemplo, aplicações automotivas que requerem um bom fluxo e estabilidade, tais como painéis de instrumentos.
EXEMPLOS
[0042] Exemplos Comparativos A e Exemplos 1 a 5 compreendem uma mistura de poliol formulada que reage com um MDI polimérico. A mistura de poliol e o MDI polimérico são misturados numa máquina de distribuição de poliuretano. Esta máquina de distribuição é uma máquina padrão que está disponível no mercado, por exemplo, de fornecedores de equipamentos como a Graco e a Cannon.
[0043] A máquina de distribuição é capaz de misturar o sistema na razão determinada. A razão é controlada pelo tamanho da bomba/motor. Esta temperatura de distribuição do material está na faixa de 21,11°C (70) a 40,56 (105°F) e preferida a 29,44°C (85°F) para ambos os lados. A pressão de dispensa a 85°F de temperatura do material; a pressão está na faixa de 13,79 MPa (2.000 psi). A taxa de fluxo de dispensa do material está na faixa de 250 g/s na cabeça de mistura.
[0044] A formação de espuma de alta pressão é usada para produzir amostras de teste de propriedades físicas e medir o fluxo de espuma. Espumas de copo são usadas para determinar a cinética de reatividade, estabilidade, qualidade da estrutura celular e caracterizar a dinâmica de processamento de espuma moldada. A caracterização do fluxo de espuma é feita usando um molde de 1,2 x 1,2 metros com capacidade de profundidade ajustável. Está posicionado em uma prensa hidráulica e a cabeça de mistura da unidade de medição de alta pressão está localizada no centro da placa superior. Dois cantos opostos são bloqueados formando um canal diagonal de 45,7 cm (18 polegadas) de largura e 1,7 m (5,5 pés) de comprimento de um canto para outro. O desempenho da espuma é caracterizado por uma espessura de 8 mm. O peso mínimo de preenchimento, a qualidade da superfície e a estrutura da célula são avaliados.
[0045] A razão de mistura de poliol em isocianato:poliol para o Exemplo Comparativo A e Exemplos 1 a 5 está listada na Tabela 1.
[0046] Para o Exemplo Comparativo A e Exemplos 1 a 5, o lado A formulado (compreendendo isocianato e outros aditivos) e o lado B (mistura de poliol compreendendo polióis e outros aditivos) são feitos a partir dos seguintes componentes. As quantidades são dadas como partes em peso com base no peso total do lado A ou lado B, respectivamente. Na Tabela 1:
[0047] “SPECFLEXTM NC 630” é um polioxipropileno poliol capeado com polioxietileno iniciado com uma mistura de glicerol e sacarose, com funcionalidade nominal de cerca de 4,2, um peso equivalente de 1,810, uma porcentagem de polioxietileno em torno de 15,5%, um percentual final de OH de 79% , um número de hidroxil entre 29,0 e 33,0 e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0048] “VORANOLTM 220-110N” é um polioxipropileno poliol iniciado com propileno glicol, com funcionalidade nominal de 2, um peso equivalente de 510, e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0049] “VORANOL CP 6001” é um polioxipropileno poliol capeado com polioxietileno iniciado com glicerol, com funcionalidade nominal de 3, um peso equivalente de 2040, uma porcentagem de polioxietileno em torno de 15%, e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0050] “VORANOL 230-660” é um polioxipropileno poliol iniciado com glicerol, com funcionalidade nominal de 3, um peso equivalente de 85, um número de hidroxil de 675, e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0051] “VORANOL 4053” é um polioxipropileno poliol capeado com polioxietileno, iniciado com uma mistura de glicerol e sacarose, com funcionalidade nominal de cerca de 6,9, um peso equivalente de 1.795, uma porcentagem de polioxietileno em torno de 75, e é disponibilizado pela The Dow Chemical Company.
[0052] O “SPECFLEX 3943A” é um poliéter poliol enxertado contendo estireno e acrilonitrila copolimerizados, filtrado para 100 micrômetros, com um peso equivalente de 1.030 num polioxipropileno poliol capeado com polioxietileno/polioxipropileno iniciado com glicerol, com funcionalidade nominal de 3, uma porcentagem de polioxietileno em torno de 13% , um número OH de 29 a 33 mg KOH/g, e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0053] "85% DEOA" é 85% de dietanolamina pura 85% disponível na Aldrich.
[0054] "100% DEOA" é a dietanolamina pura disponível na Aldrich.
[0055] “TEOA” é a trietanolamina disponibilizada pela Aldrich.
[0056] “POLYCAT 15” é um catalisador que promove a cura da superfície N,N,N',N'',N''- pentametildipropilenotriamina disponível na Air Products.
[0057] "JEFFCAT ZF 10" é um catalisador de sopro convencional 2-[[2-[2- (dimetilamino)etoxi]etil]metilamino]-etanol disponível na Huntsman Chemical Company.
[0058] “DIEXTERTM G 156T-63” é um poliéster saturado terminado em hidroxil com um número OH de 63 a 65 e está disponível em COIM.
[0059] “REPITIANTM 99375” é um aditivo de pasta preta e está disponível na DB Becker Company.
[0060] “SPECFLEX NE 520” é um MDI polimérico que contém MDI com uma funcionalidade de 2,3, um peso equivalente a isocianato de 131, uma viscosidade de 40-50 cps a 25C, um teor de NCO por peso de 32% e está disponível na The Dow Chemical Company.
[0061] O fluxo de espuma, a estabilidade e a estrutura celular são subjetivamente classificados de 1 a 6, sendo 1 o pior e 6 o melhor. A estabilidade da espuma e a estrutura celular da espuma são determinadas a partir de espumas de copo, examinadas visualmente e avaliadas subjetivamente. As classificações de estabilidade de espuma, fluxo de espuma e estrutura de célula de espuma estão resumidas na Tabela 1.
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Claims (2)

1. Espuma de poliuretano, caracterizada pelo fato de compreender o produto de reação de: a) um lado A consistindo de: 1) uma mistura de MDI polimérico, b) um lado B compreendendo: i) 0 a menos que 10% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 2, ii) 35 a 80% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 3, iii) 0 a 45% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade maior que 3, iv) 5 a 15% em peso de um copolímero poliol, v) 0,1 a 0,4% em peso de um catalisador de sopro, vi) 0,5 a 1% em peso de um catalisador de gelificação, vii) 1 a 4% em peso de um abridor de célula, e viii) 1 a 4% em peso de água, sendo que as porcentagens em peso do lado B são baseadas no peso total do lado B.
2. Processo para formar uma espuma de poliuretano, compreendendo o produto de reação de: a) um lado A consistindo essencialmente de: 1) uma mistura de MDI polimérico, b) um lado B compreendendo: i) 0 a menos que 10% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 2, ii) 35 a 80% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade igual a 3, iii) 20 a 45% em peso de um poliéter poliol tendo uma funcionalidade maior que 3, iv) 5 a 15% em peso de um copolímero poliol, v) 0,1 a 0,4% em peso de um catalisador de sopro, vi) 0,5 a 1% em peso de um catalisador de gelificação, vii) 1 a 4% em peso de um abridor de célula, e viii) 1 a 4% em peso de água, sendo que as porcentagens em peso do lado B são baseadas no peso total do lado B, o referido processo sendo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: A) formar uma mistura reativa misturando o referido lado A e o referido lado B a ou abaixo de 40,56°C (105°F) e numa razão, (lado A):(lado B), de 1:1 a 5:1 em volume; e B) submeter a mistura reativa resultante a condições suficientes para curar a mistura reativa para formar uma espuma de poliuretano.
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